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浅谈计算机网络通信中实时差错控制技术
摘要：随着网络技术的发展，网络中数据交换量迅速增加，大量的数据需要
通过网络进行交换，在数据的传输过程中，由于种种原因，数据并不能保证100%的准确传输，数据传输的高准确率与高效率中间存在着比较难调和的矛盾。为了解决这个问题，便出现了通信中的差错控制技术，即通过将传送数据进行编码发送的方法来进行检错和纠正。本文将对现有的计算机网络通信中的实时差错控制技术进行一定的探究。
关键词：网络通信；差错控制；
信息化的加速发展促进了网络技术的发展，人们的生活越来越依赖网络，也开始习惯了通过网络获取想要的信息。按照当前的网络条件，无论是有线网络还是无线网络，都不能保证数据的准确、可靠、实时的进行传输，往往出现大量数据流阻塞于网络、数据传输过程中数据丢失等情况，对于大量的数据通信来说，即要求实时准确又要求错误率低就需要使用实时差错控制技术来实现。
一、差错控制方式分类
在数据的传输过程中，很难保证数据的准确程度，一个比较好的解决办法是对数据进行编码，通过合适的编码对数据进行处理，从而保证数据传输过程中的准确性，随着技术的发展，现在有了很多优秀的对数据编码技术。在计算机网络通信中，使用纠错方式来进行差错控制的方法大致可以划分为四个类型，下面将以此介绍这四种类型：
●前向纠错。前向纠错是比较常用的方法，英文为Forward Error Correction，简称为FEC，使用该方法进行传输时，接受者可以不通过反馈直接使用译码器对传输过程中的错误进行纠正。由于这个特性，所以该方法可以用来进行一对多的数据传输，特别适合广播消息。但是由于是使用数据单向传输，必须假设在最坏的情况下对数据进行编码，所以其效率较低，冗余度相对较大。
●重传反馈。重传反馈也叫ARQ，与前向纠错不同的是，重传反馈具有反馈机制，其传输过程是发送端对数据进行编码，当接收端接到编码后的数据时，可以发现错误的数据，并把结果反馈给发送端，发送端会根据接收端反馈的结果决定是否重发数据。重传反馈从出现到现在经过发展，具有了几种不同的工作方法，但其本质依然是重传反馈。重传反馈的优点是传输准确率较高，缺点是对于信道
的使用率较低，数据重发率高。
●混合纠错。混合纠错简称HEC，是对前向纠错与重传反馈的一种组合使用方法，纠错工作不一定要由发送端或者是接收端独自进行处理，而是根据数据的错误情况进行判断究竟由谁来纠正错误，如果说接受端可以自行对错误的数据纠正，那么接收端就会独自对进行纠正工作，如果数据在传输的过程中错误太多，已经超过了接收端的处理能力，接收端将把结果反馈给发送端，要求重新发送无法处理的数据。混合纠错在一定程度上集合了前向纠错与重传反馈的优点，在提升了信道使用率的同时也降低了误码率，所以其使用范围更加广泛。
●信息反馈。在传统的差错控制中还有信息反馈，即当接收端接受到数据后再将数据返回给发送端进行确认从而检查错误，该种方式由于信道的使用率过低以及其他差错控制技术的发展已经逐渐被淘汰了。
二、常用差错检测方法
●奇偶校验。奇偶校验是常用的检测码，是在传输数据后面附加一个校验信息，如果附加后码字中“1”的个数为奇数个，则为奇校验，如果为偶数个，则为偶校验，也叫一致校验码。当码字中出现奇数个错误时，就可以很容易的检查出来，但是不具有定位功能，如果码字中出现了偶数个错误，那么奇偶校验就检查不出来码字中存在错误，所以它只可以检测出码字中的奇数个错误，校错效果并不是很好，更不具备纠错能力，只适合异步数据传输。
●CRC校验。CRC的检错能力非常强，也是应用非常广泛，知名度最高的一种。它属于分块校验，在编码时，会根据一段长度为N的数据生成一段长度为M的校验码，并将校验码与原信息一起发送到接收端，整个数据长度为N+M，目前使用比较多的是CRC32。
●校验和校验。这种方法非常的简单，它是求一定数据的和，并将其作为校验码发送到接收端，由于校验和存在着不同数据块相同的现象，所以校验和校验不能够保证传输数据的准确，如果对数据准确程度要求不高的话可以使用。
三、编码方式分类
在实际的差错控制系统中，都会对数据进行编码，其目的就是可以让接收端能够知道接受到的数据是否存在错误，或者是让接收端能够自己进行错误纠正。按照编码方式不同，还可以划分为分组码和卷积码两种。
●分组码。分组码是将一定的信息进行编码，并产生一些多余的码元用来对数据进行检验，确定数据是否正确，每一组的校验元只与本组数据有关系，与其他组数据并没有联系。在一组编译后的数据中，信息位的数目与码长的比值称之为分组码码率，可以用来表示数据与检验之间关系的式子称之为校验方程。根据分组码中的结构不同，还可以分成循环码与非循环码。其中使用最多的循环码，对于循环码在差错控制方面的研究也已经成熟。
●卷积码。卷积码是把要编码的数据以一定长度k进行划分，通过编码得到一段比k长的数据，与分组码不同的是，编码后的校验元并不只是与本段的信息元有关，它还有前n段的信息元有关，编码后段的长度与n加1的乘积叫做编码约束长度，一般情况下，卷积码中每段的信息数少于分组码中的信息数。对于卷积码，依然可以向分组码一样，使用生成矩阵与校验矩阵对其编码过程进行描述，但是其解码过程相对分组码更加的复杂。卷积码可以细分为线性码和非线性码。顾名思义，如果校验元与信息元之间满足迭加原理，存在着线性关系，就可以认为是线性码，如果不存在线性关系，就认为是非线性码。线性码相对于非线性码更加的容易实现与研究，所以线性码在差错控制方面的使用比非线性码要广泛。
四、常见的几种编码方法
循环码按照分类应属于线性分组码的一种，因为它有着循环移位的特性，即假设C为一个码字，对于C的每一个右（左）移位也同样是一个码字，具有这种特性的就可以称之为循环码。循环码的研究起步较早，所以现在对于循环码的研究也比较成熟。在循环码中比较重要的有BCH码与RS码，它们都有着很好的纠错能力，对于其具体的数学证明可以参考现有的资料。循环码的实现方法比较简单，对于差错控制效果也很好，所以其应用也比较广泛。下面将仔细的介绍一下BCH码与RS码：
●BCH码。BCH码最早是在1959提出的，它具有非常严密的数学结构，也是人们研究的比较深入、理解比较透彻的的一种线性分组码。BCH码可以很容易的构造出来，其实现方法比较简单，在工程中应用比较广泛。如果有一个多项式g(x)是由一个q进制的循环码生成,且含有:
a,a
m0m0+1
,a
m0+2
,?,a
m0+δ-2
那么由g(x)生成的循环码就叫做q进制的BCH码，假设GF（q）里的本原元为
m
根，如果码长等于q-1，这类码叫做本原BCH码,如果码长为q-1的因子，就叫做非本原BCH码。
在数字通信中，使用的都是二进制数据，对于这些数据，BCH码是可以进行
mm
简化，并且在二进制数据的传输中，BCH码的纠错能力是可以依靠数学进行证明的，得到的结论是取任意的两个正整数，可以计算得到一个二进制的BCH码，可以纠正一定数目的随机错误。
●RS码。RS其实可以算作是BCH码中的一个类，英文名称为Reed-Solomon,RS码具有较强的纠错能力，是一种线性编码，在差错控制中的应用比较广泛。RS编码是将要编码的数据分段并进行填充一个矩阵的工作，依然是使用冗余数据对信息元进行校验。由于RS码在数据传输过程中存在着延时现象，所以在要求高实时性的数据传输中往往使用其他的编码方式。
五、差错控制系统的质量评估
在差错控制系统设计完成之后，需要对差错系统进行质量评估，用以评判能否满足使用者的要求。
在差错控制系统的评价中，一般的选取的参数为未使用差错控制系统前与使用差错控制系统后的误组率、数据传输速度、信道使用效率、传输延时等相关参数，其中最为重要的关乎准确性的误码率以及实时性的数据传输速度。最常用的衡量参数是误组率，误组率的定义为：传输数据中错误的字数与数据传输的总字数。通过对差错控制系统使用前与使用后的对比就可以从一定程度上对系统的性能进行评判，因为它反映了系统的传输可靠性的高低。
在对系统可靠性的评估中，还有着一个参数是系统对于数据传输误组率的改善情况，即用未使用系统前传输中的误组率与使用后系统传输中的误组率的比值作为参数，它可以反映出使用差错控制系统对于原数据传输系统的改善作用。
系统在进行数据传输时的速度也是系统性能评估中的一个重要指标，它反映了系统传输的效率性以及实时性，主要使用的参数有通过率、传输延迟时间。
通过率的定义为：单位时间内系统传送个接收端的信息数与系统传输的总数据量之间的比值，如果不采用差错控制系统，其值为1，采用差错控制系统后，由于多了校验数据的存在，所以其值小于1，使用差错控制系统后，通过率越接近1，说明差错控制系统性能越好。传输延迟时间是指数据从数据发送端到数据
接收端所需要的时间，其中由信道部分引起的延迟是不可避免的，其时间也基本确定，可浮动的是数据在进行解码时、纠错以及重发所需要的时间。
总的来说，评价一个差错控制系统的性能主要有四个参数：误组率、改善因子、通过率以及延迟时间。
总结：在越来越依赖计算机的今天，大量的数据在通信网络中进行交换，对于数据传输的要求也越来越高，数据既要保证准确，又要保证实时。但是以当前的技术手段，不可能保证传输信道可以做到百分百的无差错传输，不同的传输信道总会因为各种原因产生一些错误，所以现在仍然需要差错控制系统的存在，差错控制系统的重要性在今天也愈加凸显。 参考文献：
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